基于AVLFIRE的發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣過(guò)程仿真研究開題報(bào)告

1、基于AVL FIRE的發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣過(guò)程仿真研究畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告1選題依據(jù)：1.1課題研究背景及意義 內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)上最為常用的動(dòng)力裝置之一，而內(nèi)燃機(jī)所依賴的石油能源非常有限，內(nèi)燃機(jī)對(duì)環(huán)境所造成的空氣污染也已經(jīng)成為重要的社會(huì)問(wèn)題，因此對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能越來(lái)越收到重視。隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的變化，人們對(duì)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)也提出了新的要求，而面對(duì)這種日益增長(zhǎng)的社會(huì)環(huán)境需求，內(nèi)燃機(jī)技術(shù)更加快速的發(fā)展具有重要意義。 近年來(lái)，多家技術(shù)公司和研究機(jī)構(gòu)研發(fā)出對(duì)置氣缸對(duì)置活塞（OPOC）發(fā)動(dòng)機(jī)。EcoMotors 公司是最早研發(fā)該發(fā)動(dòng)機(jī)的公司之一。2010年 3 月，EcoMotors

2、 展示了其開發(fā)的 EM100 對(duì)置活塞對(duì)置汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)樣機(jī)，EcoMotors與 Navistar、中鼎等多家公司合作在準(zhǔn)備在 2014 年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。TARDEC 也在底特律“2008美國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)暨展覽會(huì)”上展示了其研發(fā)的對(duì)置活塞對(duì)置氣缸(OPOC)發(fā)動(dòng)機(jī)，阿凱提斯動(dòng)力公司是另外一家美國(guó)致力于研發(fā) OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)的公司，2004 年開始就已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)商業(yè)實(shí)驗(yàn)，至 2011 年運(yùn)行了 2000 多個(gè)小時(shí)，該公司稱實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：它可以滿足目前最嚴(yán)格的歐 6 和 EPA10 的排放標(biāo)準(zhǔn)，且該發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性比傳統(tǒng)柴油機(jī)高出 15%，而其零部件減少 40%，在包括功率密度、制造成本等其它方

3、面同樣具有優(yōu)勢(shì)，盡管該發(fā)動(dòng)機(jī)的研究已經(jīng)進(jìn)行的非常迅速，但是在于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)接近百年的發(fā)展歷史，OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)的研究才剛剛起步，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)仍有很大的改造空間、其性能也有很大的提升空間，而它同樣將面臨的很多的技術(shù)難題。 我們知道，掃氣過(guò)程的優(yōu)劣直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放性能。與四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相比,傳統(tǒng)高速二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)由于掃氣時(shí)間短、進(jìn)排氣過(guò)程同時(shí)進(jìn)行,存在新鮮氣體與廢氣摻混嚴(yán)重,缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)大,掃氣質(zhì)量差等問(wèn)題。因此,針對(duì)傳統(tǒng)高速二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的掃氣缺陷,雙對(duì)置二沖程柴油機(jī)采用可控直流掃氣的換氣方式,其進(jìn)、排氣口分布在氣缸兩端,氣口的開閉由對(duì)置的活塞控制,從而實(shí)現(xiàn)沿氣缸軸線的直流掃

4、氣過(guò)程。雙對(duì)置二沖程柴油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度高等特點(diǎn).其獨(dú)特的直流掃氣結(jié)構(gòu)能有效提高高速二沖程柴油機(jī)的掃氣效率,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。 二沖程對(duì)置活塞對(duì)置氣缸（OPOC）柴油機(jī)，很好的結(jié)合了對(duì)置活塞概念和對(duì)置氣缸概念。這兩種概念都具有緊湊和水平的特性。與對(duì)置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)相比，OPOC柴油機(jī)只有一個(gè)曲軸，而不是兩個(gè)。所有力都傳遞到曲軸上，沒(méi)有傳遞給主軸承和曲柄箱。與對(duì)置氣缸式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，OPOC柴油機(jī)沒(méi)有氣缸蓋，而對(duì)置氣缸式發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)缸蓋。這種巧妙的結(jié)構(gòu)使發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單，輕量化，緊湊，高效1,2。同普通內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)相比，對(duì)置活塞式二沖程柴油機(jī)的零部件約少50%，重量和體積約低50%，其熱效率高達(dá)41

5、%，升功率可達(dá)到88 kW /L，功率密度可達(dá)到2 kW/kg，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力單元模塊化組合。因此，將其應(yīng)用在小型飛機(jī)上，有著成本低，續(xù)航能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)人機(jī)作為在未來(lái)發(fā)展中不可或缺的航空器,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提出了大功率、輕質(zhì)量、小體積的要求，而活塞式內(nèi)燃機(jī)作為無(wú)人機(jī)動(dòng)力具有良好的發(fā)展前景。 換氣過(guò)程是工作過(guò)程中最為重要的環(huán)節(jié)，它的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，這是由于進(jìn)入并存留于氣缸內(nèi)的新鮮充量越多，燃燒放熱量就越多，將熱能轉(zhuǎn)化成的有用功也就越多，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩也隨之升高 3。與四沖程內(nèi)燃機(jī)不同，由于二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣時(shí)間短、進(jìn)排氣過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，會(huì)產(chǎn)生新鮮充量與廢氣摻混，缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)大，掃氣質(zhì)

6、量差等問(wèn)題4。與傳統(tǒng)的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，OPOC柴油機(jī)也沒(méi)用獨(dú)立的進(jìn)氣沖程和排氣沖程，其換氣方式采用直流掃氣，進(jìn)、排氣口環(huán)形布置在氣缸兩端，由內(nèi)、外活塞運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)、排氣口的開閉。一個(gè)成功的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣過(guò)程，應(yīng)當(dāng)盡可能地減少與新鮮充量混合，并使他掃氣未到之處所留下的燃燒產(chǎn)物達(dá)到最低限度5.6。為了達(dá)到這一目標(biāo)，必須優(yōu)化OPOC柴油機(jī)的掃氣過(guò)程，盡可能避免新鮮充量與廢氣相互摻混，提高掃氣效率，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放7。 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1二沖程柴油機(jī)換氣過(guò)程數(shù)值模擬的現(xiàn)狀 發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)的流體動(dòng)態(tài)過(guò)程，流體流動(dòng)參數(shù)和熱力學(xué)參數(shù)既是位移的

7、函數(shù)又是時(shí)間的函數(shù)，而且涵蓋了流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)等方面的知識(shí)，計(jì)算十分困難8。隨著科技的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)軟、硬件的發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)越來(lái)越多的應(yīng)用于工程實(shí)踐中，對(duì)于由換氣系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和氣缸組成的整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作系統(tǒng)，可建立一維仿真模型。利用所建立的一維仿真模型來(lái)研究換氣系統(tǒng)各個(gè)零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)及匹配情況對(duì)氣體流動(dòng)的影響，并可進(jìn)行配氣相位優(yōu)化。一維模型中考慮了進(jìn)排氣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，比較符合內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際工況，且計(jì)算速度快，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成多參數(shù)優(yōu)化。但分析中將進(jìn)排氣系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一維的管道，不能體現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。三維模型的計(jì)算域是實(shí)際的流域，能夠比較直

8、觀地看到流場(chǎng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)，計(jì)算出一維模型不能得到的一些參數(shù)9。因此，換氣過(guò)程數(shù)值模擬的發(fā)展趨勢(shì)就是將發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程一維仿真模型和進(jìn)排氣系統(tǒng)的三維流動(dòng)模型進(jìn)行耦合，相互提供所需的數(shù)據(jù)，如一維計(jì)算為三維計(jì)算提供初始條件和邊界條件，三維計(jì)算為一維計(jì)算提供掃氣效率和流量系數(shù)等參數(shù)，使這兩種模型都正確合理。 國(guó)外從事柴油機(jī)缸內(nèi)氣流數(shù)值模擬方面的研究比較早，而且做的也比較充分完善。在上世紀(jì)八十年代初期，Sher就開始對(duì)回流掃氣二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬10。在八十年代后期，B.Ahmadi-Befrui用FMCS程序計(jì)算了發(fā)火工況的掃氣過(guò)程，指出只有確定正確的邊界條件才能得出與實(shí)際一致的結(jié)果，

9、然而只建立氣缸本身的模型，氣口邊界處的流場(chǎng)非常復(fù)雜，而且氣流速度的大小和方向是不斷變化的，因此很難確定較準(zhǔn)確的邊界條件，也就無(wú)法得到正確的計(jì)算結(jié)果。P.H.Epstein首次將掃、排氣道（口）及氣缸聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行數(shù)值模擬，將整個(gè)換氣系統(tǒng)為分成氣道和氣缸兩部分，并分別劃分網(wǎng)格，利用KIVA-II程序?qū)@兩個(gè)區(qū)域分開處理，然后將兩個(gè)程序耦合在一起，兩套網(wǎng)格交界面處的物理量互為“邊界條件”。這種方法與分塊法不同的是，在計(jì)算循環(huán)的一次迭代中要掃過(guò)兩個(gè)區(qū)域中的網(wǎng)格，而不是分開單獨(dú)求解。 Nak Won Sung研究了進(jìn)氣口和排氣口結(jié)構(gòu)對(duì)6V-92二沖程柴油機(jī)缸內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的影響，并將計(jì)算結(jié)果對(duì)比了實(shí)驗(yàn)測(cè)值，

10、驗(yàn)證了模型的正確性。最后指出掃氣角度促使缸內(nèi)的渦流的產(chǎn)生，而排氣口的形狀對(duì)缸內(nèi)氣流的影響不大11 。 Chang Su使用AVL-FIRE軟件建立了進(jìn)排氣系統(tǒng)包括掃氣箱、氣口、氣缸、排氣閥、氣缸蓋及排氣管在內(nèi)的完整的三維模型，并對(duì)換氣過(guò)程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)相吻合12。 Wladyslaw Mitianiec分析了二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)掃氣效率和掃氣質(zhì)量的影響，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明降低進(jìn)排氣口開口角度會(huì)使掃氣效率降低13 。 Carlo Alberto Rinaldini利用多維數(shù)值分析軟件KIVA-3v程序?qū)Χ_程高速柴油機(jī)的換氣過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算分析，所需的邊

11、界條件由GT-Power仿真計(jì)算提供，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，其理論計(jì)算和實(shí)際結(jié)果是一致的?？梢?，多維數(shù)值模型可以在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中得到有效應(yīng)用，即提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，又縮短了設(shè)計(jì)周期及費(fèi)用14。 國(guó)內(nèi)對(duì)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣過(guò)程的數(shù)值模擬研究起步較晚,但近幾年來(lái),這方面的研究發(fā)展十分迅速，也逐步縮小了同發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。 吉林大學(xué)的郭文翠對(duì)二沖程自由活塞式E15柴油機(jī)的換氣部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)。通過(guò)改變掃氣口仰角、橫截面圓周角，掃氣道進(jìn)口粗細(xì)等建立了七種改進(jìn)方案模型，并導(dǎo)入CFD軟件中進(jìn)行分析。結(jié)果表明：掃氣口具有合適的仰角，能夠有效地掃除氣缸蓋頂部的廢氣，而且增強(qiáng)了缸內(nèi)流場(chǎng)的湍流強(qiáng)度，促進(jìn)燃油霧化和燃

12、燒。掃氣口的圓周平射角也會(huì)影響進(jìn)氣道的長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)造型，使進(jìn)氣道的流動(dòng)阻力，造成進(jìn)氣流速方向和壓力的變化15。 來(lái)海菊仿真模擬了二沖程汽油機(jī)掃氣過(guò)程，研究結(jié)果表明，掃氣口仰角對(duì)缸內(nèi)氣流方向甚至滾流方向都有影響。并描述了倒托工況下的二沖程汽油機(jī)掃氣過(guò)程流場(chǎng)的形成和發(fā)展過(guò)程：掃氣口打開缸內(nèi)便形成對(duì)稱的滾流，一直持續(xù)到上止點(diǎn)附近，滾流中心的位置隨著活塞的運(yùn)動(dòng)不斷發(fā)生變化16。 王廣基在二沖程汽油機(jī)掃氣過(guò)程的 CFD 模擬計(jì)算及試驗(yàn)文中用 CFD 軟件對(duì) IE40F小型汽油機(jī)的掃氣過(guò)程進(jìn)行模擬，研究了氣口結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)掃氣過(guò)程的影響，并與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。結(jié)果顯示，排氣口下降，能夠增大有效行程，且保證掃氣口截面

13、積，合理組織掃氣過(guò)程，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率增大 25%，燃油秏降低 20%，比排放下降 45%17。 2011 年杜濤采用三維模擬方法對(duì)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣過(guò)程進(jìn)行分析，將換氣系統(tǒng)劃分成進(jìn)氣道、燃燒室、氣缸和排氣道四區(qū)域，并單獨(dú)劃分網(wǎng)格，然后聯(lián)接成一體，對(duì)四 對(duì)四個(gè)區(qū)域之間聯(lián)接的面作為內(nèi)部邊界，邊值條件通過(guò)試驗(yàn)給定，并對(duì)各計(jì)算區(qū)域分別賦值，具有較高的可信度；對(duì)決定掃氣道形狀的主要參數(shù)進(jìn)行研究和優(yōu)化，選取了一種能達(dá)到較好掃氣效果的改進(jìn)方案，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證表明，改進(jìn)后功率提高了 18.5%，同時(shí)排放比原機(jī)排放降低了 31%18。 華中理工大學(xué)的楊文用 Simple 數(shù)值方法在穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)進(jìn)氣道的流動(dòng)情況進(jìn)行了

14、三維模擬計(jì)算19。 縱觀二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣過(guò)程數(shù)值模擬計(jì)算的發(fā)展，對(duì)于計(jì)算模型的精度要求越來(lái)越高：在選取計(jì)算區(qū)域時(shí)，若僅選氣缸部分為研究對(duì)象，則不容易確定進(jìn)出口邊界條件，使計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，不具備工程應(yīng)用價(jià)值，而進(jìn)氣道和排氣道處的進(jìn)出口邊界比較容易確定，因此應(yīng)該將氣缸與進(jìn)氣道、進(jìn)氣口、排氣門（口）及排氣道聯(lián)接成一個(gè)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算；另一方面又要考慮現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)硬件條件的限制，將計(jì)算域僅限于缸內(nèi)是的，若將整個(gè)換氣系統(tǒng)作為計(jì)算區(qū)域，會(huì)使模型的網(wǎng)格數(shù)目急劇增加，計(jì)算也會(huì)變得繁瑣。因此在選擇研究對(duì)象時(shí)，應(yīng)選擇既便于測(cè)得邊界條件又具有工程應(yīng)用價(jià)值的區(qū)域20。1.2.2 對(duì)置氣缸對(duì)置活塞二沖程柴油機(jī)的發(fā)展現(xiàn)

15、狀 近年來(lái)，OPOC 二沖程柴油機(jī)的研究逐漸增加。2005 年 Lixin Peng 等設(shè)計(jì)了應(yīng)用于輔助動(dòng)力裝置的高速 OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)模型，對(duì) OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了一維工作過(guò)程仿真，在轉(zhuǎn)速為 10000rpm 的工況下對(duì)比在不同的進(jìn)排氣口高度下的發(fā)動(dòng)機(jī)功率，其結(jié)果是優(yōu)化的進(jìn)氣口高度為 4-5mm，排氣口高度在 4mm 的情況下得到最大功率。隨后他們利用star-cd 三維軟件進(jìn)行了三維掃氣過(guò)程仿真同樣得到不同進(jìn)氣口和排氣口高度的掃氣效率和留在氣缸內(nèi)的新鮮空氣量，進(jìn)過(guò)分析論證認(rèn)為在一維仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上將進(jìn)排氣口高度都降低為 3mm 為最優(yōu)化的方案。之后建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型并進(jìn)行機(jī)構(gòu)的有限元分析，得

16、到了不同組件的應(yīng)力分析。最后通過(guò)試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，證明在作為輔助動(dòng)力裝置為卡車怠速行駛時(shí)提供電力的優(yōu)勢(shì)，并證明 OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)能達(dá)到很高的掃氣效率21。 Peter Hofbauer 等設(shè)計(jì)應(yīng)用于卡車動(dòng)力的 OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)模型。首先利用一維仿真分析對(duì) OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓系統(tǒng)進(jìn)行了匹配，同樣利用一維仿真分析對(duì)進(jìn)排氣正時(shí)和歧管尺寸進(jìn)行了仿真對(duì)比，得到進(jìn)氣口高度為 19.4，排氣口高度為 26.08 的優(yōu)化方案。隨后進(jìn)行了掃氣過(guò)程的三維仿真，設(shè)計(jì)了不同的進(jìn)排氣道方案，仿真結(jié)果顯示了最優(yōu)進(jìn)排氣道方案的掃氣效率達(dá)到 85.6%，優(yōu)于一維仿真的 80%，之后文章對(duì)三維燃燒過(guò)程進(jìn)行了仿真，分析了不

17、同燃油噴射方案對(duì)燃燒過(guò)程的影響，得到了優(yōu)化的 3 孔噴油方案，最后通過(guò)對(duì) OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)的有限元分析和機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析，比較系統(tǒng)的研究了該發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程，證明 OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)在軍事地面車輛應(yīng)用上能提供更好的駕駛性能22。 James Kalkstein 等進(jìn)一步對(duì)高速 OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)的一維工作過(guò)程進(jìn)行了仿真研究，分別在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 8000、10000、12000rpm 的工況下進(jìn)行仿真模擬，得到了不同氣口高度下的發(fā)動(dòng)機(jī)功率、EGR 含量、燃油量、平均有效壓力等數(shù)據(jù)，隨后又利用三維仿真工具進(jìn)行掃氣研究，得到了最優(yōu)的進(jìn)排氣口高度，然后按照三維仿真結(jié)果修正一維仿真的掃氣數(shù)據(jù)，進(jìn)一步預(yù)測(cè)了 3

18、 中不同轉(zhuǎn)速下的發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩、燃油消耗量、最大爆發(fā)壓力、EGR 量等。文章同樣進(jìn)行了結(jié)構(gòu)仿真分析得到了各部件的應(yīng)力曲線。最后建立試驗(yàn)平臺(tái)研究了 OPOC 的噴油器參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響23。 Michael Franke 等對(duì) 450 馬力 OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程進(jìn)行仿真研究，針對(duì)不同的噴孔數(shù)、噴油提前角、噴油規(guī)律、噴油量、渦流強(qiáng)度進(jìn)行方案匹配設(shè)計(jì)，得到了不同方案的仿真數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)比各方案的空氣利用率、油滴-壁面接觸、燃燒進(jìn)程等結(jié)果得到最優(yōu)的噴油設(shè)計(jì)方案，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果對(duì)比為性能提升提供方向。文章也對(duì)增壓器進(jìn)行了匹配研究，對(duì)掃氣過(guò)程進(jìn)行了研究，最后對(duì)一維工作過(guò)程仿真進(jìn)行了優(yōu)化。

19、證明在有限的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)條件下，CAE 工具能夠合理的預(yù)測(cè)出 OPOC 原型機(jī)的性能24。 許漢君等針對(duì) OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣形成和燃燒過(guò)程進(jìn)行了仿真模擬，分別設(shè)計(jì)了進(jìn)氣口的渦流和滾流方案，仿真得到了缸內(nèi)的渦流和滾流的速度矢量圖，也得到了渦流和滾流的變化曲線、湍流動(dòng)能變化曲線、空氣利用率曲線等，通過(guò)對(duì)比組織缸內(nèi)的兩種流動(dòng)，分析出兩種不同流動(dòng)對(duì)燃燒過(guò)程的影響和優(yōu)缺點(diǎn)，預(yù)測(cè)了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能25。 陳文婷等對(duì)額定功率為 160kw、轉(zhuǎn)速為 2500rpm 的 OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣過(guò)程作了仿真研究，對(duì)仿真結(jié)果計(jì)算得到了該工況的掃氣效率達(dá)到 94%，然后通過(guò)對(duì)缸內(nèi)流動(dòng)的分析證明采用直流掃氣方式可以有效提高

20、高速二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣質(zhì)量26。 劉長(zhǎng)振等利用 boost 軟件進(jìn)行 OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)一維性能分析的方法做了研究，證明通過(guò)等效容積原理，以活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線作為輸入條件進(jìn)行 OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能分析的方法是可行的27。 章振宇等人對(duì)另一種 op 發(fā)動(dòng)機(jī)的掃氣過(guò)程進(jìn)行了仿真研究，針對(duì)掃氣過(guò)程中的掃氣口結(jié)構(gòu)、氣口高度、渦流的形成等對(duì)掃氣質(zhì)量的影響進(jìn)行分析研究，仿真得到了缸內(nèi)掃氣過(guò)程的掃氣口流量變化曲線、掃氣效率曲線、渦流比曲線等，并得到了缸內(nèi)流動(dòng)的云圖。通過(guò)對(duì)比，闡述不同掃氣口高度和掃氣口傾角對(duì)掃氣的作用，得到最優(yōu)的方案。另一篇對(duì) op 發(fā)動(dòng)機(jī)在 2500rpm 時(shí)刻不同噴油規(guī)律的燃燒過(guò)程進(jìn)行仿真研

21、究，設(shè)計(jì)了矩形、梯形等不同的噴油方案，計(jì)算得到當(dāng)量空燃比、湍流混合速率、放熱率等結(jié)果，闡述了不同噴油規(guī)律的優(yōu)缺點(diǎn)2829。 裴玉姣通過(guò)建立 OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)的一維模型，分別設(shè)計(jì)了進(jìn)氣口高度不同方案和排氣口高度不同的方案，對(duì)比不同工況下，扭矩、比油耗等隨氣口高度改變而產(chǎn)生的變化。在確定了氣口高度方案后，又設(shè)計(jì)了不同氣口位置的仿真方案，并進(jìn)行了配氣相位的正交仿真試驗(yàn)，得到了氣口高度和氣口相位相配合的最優(yōu)方案。最后通過(guò)三維掃氣仿真研究了氣口結(jié)構(gòu)對(duì)掃氣過(guò)程的影響30。 劉軍萍對(duì) OPOC 發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程進(jìn)行了仿真分析，對(duì)比了不同噴孔角度方案對(duì)掃燃燒過(guò)程的影響，并確定了優(yōu)化的噴油角度方案31。 趙曉輝

22、對(duì)不同噴油提前角的燃燒方案進(jìn)行了對(duì)比研究，確定了噴油提前角的優(yōu)化方案32。 夏孝朗以 EcoMotors 公司的 EM100 發(fā)動(dòng)機(jī)作為研究對(duì)象，搭建了實(shí)驗(yàn)和仿真平臺(tái)，建立基于 OPOC 性能目標(biāo)的增壓器數(shù)學(xué)模型，通過(guò)開發(fā)的增壓器優(yōu)化匹配軟件優(yōu)化得到最佳的增壓器匹配方案；按照選定的增壓器模型和發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了一維仿真，進(jìn)行了進(jìn)排氣口高度設(shè)計(jì)優(yōu)化；根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)仿真負(fù)荷特性曲線和外特性曲線上工況點(diǎn)的掃氣質(zhì)量，對(duì)比結(jié)果得到改善掃氣效率的方案；三維燃燒過(guò)程的仿真對(duì)比了不同噴油角度和噴油提前角對(duì)燃燒性能的影響33。 此外，張文春、徐元利等很多研究者都對(duì)對(duì)置活塞式的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了相關(guān)的研究，促進(jìn)了 OP

23、OC 發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)發(fā)展343536。 參考文獻(xiàn):1 Peter H. Opposed Piston Opposed Cylinder (OPOC) Engine for Military Ground VehiclesC. SAE Paper 2005-12-1548,. 2 Geoffrey Cunningham, Robert J.Kee, Robert G. Kenny and William J. Skelton Development of a Stratified Scavenging System for Small Capacity Two-Stroke Engines .SA

24、E1999-01-3270 3 牟紅雨汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的 CFD 仿真與研究碩士學(xué)位論文：太原理工大學(xué)，2011 4 周龍寶，劉巽俊，高宗英內(nèi)燃機(jī)學(xué)機(jī)械工業(yè)出版社（第二版）,2007 5蔣炎坤，羅馬吉，鐘毅芳，陳國(guó)華二行程發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程數(shù)值模擬的研究車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2000，（06） 6 蔣炎坤，鐘毅芳，羅馬吉，藏成，陳國(guó)華二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)掃排氣道-缸內(nèi)系統(tǒng)三維瞬態(tài)數(shù)值模擬研究?jī)?nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2001,19（02）：159-164 7 胡云萍內(nèi)燃機(jī)機(jī)內(nèi)氣體流動(dòng)數(shù)值模擬現(xiàn)狀內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置，2009(6):5一8 8 石來(lái)華基于GT-POWER的車用汽油機(jī)動(dòng)力性能優(yōu)化碩士學(xué)位論文：湖南大學(xué)，2009 9

25、崔洪江YC6T柴油機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)性能仿真及優(yōu)化研究博士學(xué)位論文：大連海事大學(xué)，2010 10 Sher E. An Improved Gas Dynamic Model Simulating the Scavenging Process in a Two Stroke Cycle Engine C . SAE paper 800037，1980 11 Nak Won Sung，Patterson Donald J. Air Motion in a Two Stroke Engine Cylinder- The Effects of Exhaust Geometry C . SAE paper 8

26、20751，1982. 12 Chang Su，KIM，Dong Ho，LEE，Young Sam CHO. The Comparison about CFD Simulation & Measurement Result of Large Two-Stroke Diesel Engine: CIMACConggress2001,Hamburg. 13 Wladyslaw Mitianiec. Analysis of Loop Scavenging Process in a Small Power SI Two-Stroke Engine，2002-01-2181 14 Carlo A

27、lberto Rinaldini and Enrico Mattarelli. CFD Analyses on 2-Stroke High Speed Diesel Engines SAE Paper2011-24-0016 15 郭文翠回流掃氣自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與換氣過(guò)程模擬碩士論文：吉林大學(xué)，2011 16 來(lái)海菊二沖程汽油機(jī)掃氣過(guò)程的模擬拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車2006,33（06）：54-55 17 王廣基，郭晨海，姜樹李，來(lái)海菊，楊海岳二沖程汽油機(jī)掃氣過(guò)程的 CFD 模擬計(jì)算及試驗(yàn)小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車.2008，37（02）：29-32 18 杜濤CFD 模擬分析在二沖程汽油機(jī)性能改進(jìn)中的

28、應(yīng)用探討內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置，2010（06）：30-32 19 楊文.內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣道穩(wěn)流試驗(yàn)裝置內(nèi)三維流動(dòng)特性數(shù)值模擬試驗(yàn)研究D.武漢:華中理工大學(xué)博士學(xué)位論文，1999. 20 蔣炎坤CFD 輔助發(fā)動(dòng)機(jī)工程的理論與應(yīng)用北京：科學(xué)出版社，2004 21Lixin Peng, Adrian Tusinean. Development of a Compact and Efficient Truck APUC.SAE Paper,2005-01-0653 22Peter H. Opposed Piston Opposed Cylinder (OPOC) Engine for Military Grou

29、nd VehiclesC. SAE Paper, 2005-01-1548 23James Kalkstein, Wulf Röver, Brian Campbell. Opposed Piston Opposed Cylinder (OPOCTM) 5/10 kW Heavy Fuel Engine for UAVs and APUsC. SAE Paper, 2006-01-0278 24Michael Franke, Hua Huang. Opposed Piston Opposed Cylinder (OPOCTM) 450 hp Engine: Performance De

30、velopment by CAE Simulations and TestingC. SAE Paper, 2006-01-0277 25許漢君，宋金甌，姚春德，劉長(zhǎng)振，于紅勝，郝勇剛，王清旭對(duì)置二沖程柴油機(jī)缸內(nèi)流動(dòng)形式對(duì)混合氣形成及燃燒的模擬研究?jī)?nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào). 2009，27（05）：395-400 26陳文婷,張揚(yáng)軍,于紅勝.雙對(duì)置二沖程柴油機(jī)掃氣過(guò)程仿真研究J.航空動(dòng)力學(xué)報(bào),2010,6 27劉長(zhǎng)振，于紅勝，于建平，黃亮雙對(duì)置二沖程柴油機(jī)性能分析方法探討2009-第十六屆全國(guó)大功率柴油機(jī)全國(guó)年會(huì) 28章振宇，趙長(zhǎng)祿，張付軍，趙振峰. 對(duì)置二沖程柴油機(jī)噴油規(guī)律曲線對(duì)燃燒過(guò)程影響的仿真研究J. 內(nèi)燃機(jī)工程（網(wǎng)絡(luò)出版） 29章振宇,趙振峰,張付軍,趙長(zhǎng)祿,王彬. 對(duì)置二沖程柴油機(jī)掃氣口參數(shù)對(duì)掃氣過(guò)程的影響J. 內(nèi)燃機(jī)工程（網(wǎng)絡(luò)出版） 30裴玉姣.